WO1999028743A1 - Device for investigating respiratory tract diseases and diagnostic agents - Google Patents
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- WO1999028743A1 WO1999028743A1 PCT/EP1998/007549 EP9807549W WO9928743A1 WO 1999028743 A1 WO1999028743 A1 WO 1999028743A1 EP 9807549 W EP9807549 W EP 9807549W WO 9928743 A1 WO9928743 A1 WO 9928743A1
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Definitions
- the invention relates to a device that can be used in conjunction with a conventional analysis system for diagnosing the metabolic performance of the respiratory organs.
- suitable diagnostic agents can be added to the inhaled air in defined amounts and after a certain period of time existing metabolites of the diagnostic agent and / or the still existing diagnostic agent itself can be collected in the exhaled air.
- conventional analysis systems eg using mass spectrometry, gas chromatography, GC-MS-MS, HPLC-MS, isotope analysis
- these exhaled and collected substances are identified and quantified, which enables conclusions to be drawn about the state of health of the respiratory organs.
- the invention also relates to diagnostic agents which can be used to determine the metabolic rate of the airway epithelium, particularly advantageously also in connection with the device according to the invention, and a corresponding method for chemical-analytical determination of the metabolic rate of the bronchial epithelium.
- diagnostic agents which can be used to determine the metabolic rate of the airway epithelium, particularly advantageously also in connection with the device according to the invention, and a corresponding method for chemical-analytical determination of the metabolic rate of the bronchial epithelium.
- WO 91/05255 AI describes a method in which non-volatile biopolymers, such as.
- B. Proteins from the broncho-alveolar boundary fluid can be detected in the breathing air.
- breaths are breathed by a test person onto a 1 cm 2 sample carrier plate cooled to -196 ° C. The sample is then freeze-dried on the cryotable by applying an ultra high vacuum and then analyzed.
- DE 195 05 504 AI describes a method and a device for collecting exhaled breath condensate.
- the exhaled air flows through a Probensammeirschreib and is cooled therein to a minus temperature below 0 ° C, wherein the liquid and the detachable component ⁇ parts condense and having at a lower temperature than the breath condensate, freeze inner wall of the sample collection tube.
- Günther Becher et al. describe in Applied
- LTB 4 leukotriene B 4
- the LTB4 determination is currently the most direct method because it is based on the measurement of a biochemical endogenous component. With this method, however, there is no possibility for a true quantification of the stage of the disease using a standardized one
- Fluctuations in the normal range can be greater than e.g. the influence of bronchial asthma.
- the object of the invention was therefore to develop a method for determining the state of health of the respiratory tract and in particular the metabolic activity of the cells of the airway interface as well as the surface condition of the bronchial mucosa in a reproducible, reliable, standardized and direct manner by chemical analysis, and to provide a simple device therefor.
- a device is provided by means of which a small, precisely defined amount of a suitable diagnostic agent is inhaled during inhalation, and the amount of this agent and / or its metabolites that flows back in during the exhalation is collected and precisely determined by successively defined cooling and adsorption.
- a certain proportion of the diagnostic agent is absorbed by the bronchial epithelium and, if necessary, by a biochemical reaction is converted into metabolic products.
- the extent of absorption and conversion depends on the state of health of the epithelial tissue and thus also on its current metabolic rate.
- the state of the epithelium can thus be determined in a direct biochemical way, by measuring the proportion of the exhaled diagnostic agent and / or the corresponding proportion of its defined metabolite related to the amount inhaled.
- the device according to the invention is designed according to the claims. It consists of a flow channel 1 with a mouthpiece 2 at the front end, an inlet valve 3, an inhalation or injection unit for the diagnostic 4, a cold trap for separating the soluble substances 5 present in the exhaled air, which is arranged at an angle to the flow channel 1 , and an adsorption vessel 6 arranged after the cold trap 5 at the end of the flow channel 1.
- the longitudinal axis of the cold trap is arranged at an angle of approximately 45 ° to the flow channel, as a result of which an approximately uniform flow through the cold trap is achieved.
- the inhalation or injection unit for metering the diagnostic agent into the inhalation air 4 can be designed in different ways, but with devices or device parts known per se.
- the metering can be carried out with a metering pump or piston syringe or by simply sucking in the diagnostic agent in an appropriate dilution (see Fig. 1).
- a prior nebulization or atomization of the diagnostic agent is also possible.
- PC-controlled aerosol production using a compressed air, nozzle or ultrasonic nebulizer or centrifugal atomizer can preferably be used (see Fig. 2). In these cases, the fresh air is drawn in via the inlet valve 3.
- a prepared air-diagnostic mixture can also be provided in a reservoir bag and inhaled or metered in via the inlet valve 3 (see Fig. 3).
- the exhaled air to be analyzed first flows through the cold trap 5 to collect the metabolites of the diagnostic agent and / or the diagnostic agent still present, in which the water present in the exhaled air is condensed out together with the non-gaseous substances present.
- the cold trap 5 can, for example, in order to achieve optimal cooling performance, be a reversible cold trap, as shown in FIG. 5. But any other configuration is also possible, the only important thing is that the temperature range that can be set for cooling performance ranges from at least -5 ° C. to -25 ° C. This can be achieved in a very simple manner by means of a cooling jacket tube through which water is passed with a coolant additive.
- a reversible cold trap as shown in Fig.
- the device can also contain a plurality of cold traps connected in series.
- the adsorption vessel 6 contains a sorbent which is customary for collecting volatile substances in the exhaled air, e.g. an organic polymer or activated carbon. Basically, however, the breath condensate is deposited on the inner wall of the cold trap 5.
- the device can be operated in two different ways, either by means of mechanical valves or by means of a computer-controlled valve circuit.
- the passive flow control by means of a mechanical valve 3 enables a purely mechanical separation of the inspiratory and expiratory flow path.
- the smooth-running valve 3 opens at the slightest negative pressure (inspiration) within the mouthpiece, so that the inspired volume always flows through this inlet. As soon as the negative pressure subsides or there is an excess pressure at the mouthpiece (respiratory arrest or exhaled air), the valve closes automatically.
- the cooling and adsorption section is characterized by its own resistance, which prevents it from flowing in during inspiration. If there are small flow differences (eg measurements on children), a additional passive expiration valve used. When exhaling, there is only the flow path for the exhaled air via the cooling and adsorption section.
- the collected breath condensate can thus directly, ie online, by suctioning out the frozen and thawed substances of the analysis unit 12, e.g. B. a conventional combination of chromatograph and mass spectrometer, are supplied.
- the breathing condensate is manually released from the inner wall of the cold trap by thawing and fed to the analysis or kept in the frozen state until measurement.
- the patient is subjected to a cold air provocation known in the diagnosis of respiratory diseases between two examinations, as a result of which a difference measurement for the type and amount of exhaled chemical substances can take place before and after irritation of the mucous membrane.
- a known air cooling device is preferably connected upstream of inlet valve 3, for example the RHES cold air provocation device from Jäger, Wuerzburg.
- this air cooling device can also be used for cooling the inner tube of the cold trap 5. This difference measurement significantly increases the reliability of the analysis results.
- the analysis according to the invention of the diagnostic agent still present in the exhalate or its metabolites is carried out using customary analysis methods, depending on the diagnostic agent used, preferably by mass spectrometric and chromatographic examinations.
- preparations containing the body's own and related substances are preferably used, preferably e.g. Amino acids or higher alcohols in high dilution, as characterized in the claims. These compounds have proven to be suitable diagnostics for the present test method.
- these substances are administered in a stable isotope (i.e.: non-radioactive) labeled form. This is the only way to identify the exhaled diagnostic agent or its specific conversion product as part of the inhaled diagnostic agent.
- the invention also relates to the new use of higher, pharmaceutically acceptable alcohols or amino acids in a stable isotope-labeled form for the diagnosis of respiratory diseases and a method for the chemical-analytical determination of the metabolic performance of the bronchial epithelium by means of the device according to the invention.
- a test subject inhales a stabilized isotope labeled higher, pharmaceutically acceptable alcohol as a diagnostic agent. After an exposure time of approx. 1 to 3 hours, preferably 1 to 2 hours, the exhaled air is collected and the exhaled diagnostic agent or its metabolites are frozen out. The amount and / or the isotope content of the substances is then determined and compared with the isotope base value in the subject's breath sample.
- Preferred diagnostics are higher alcohols with at least 8 carbon atoms, preferably hexadecanol-1, which is preferably 13C-labeled.
- stable isotope-labeled amino acids are used as diagnostic agents.
- the exhalation air is collected from the first exhalation process over a period of at least 30 minutes and analyzed according to methods known per se for gaseous metabolites of the diagnostic agent or N-labeled nitrous gases.
- the preferred diagnostic agent is a 15 N-labeled amino acid, particularly preferably the amino acid L-arginine.
- a cold air provocation of the test person is carried out after the exhalation air has been collected and the diagnostic agent is given again for inhalation. The determination of the exhaled air is repeated and these measured values are related to the measured values before the provocation, whereby the sensitivity to the bronchial surface can be determined and also the severity of inflammation can be determined.
- Fig. 1 Device according to the invention with fresh air valve 3 and simple inhalation or injection unit 4
- Hexadecanol-1 labeled with the stable isotope 13 C (containing more than 95 atomic% 13 C in the CH 2 OH group) is added to 5 L of air in a closed container in defined amounts between 1 and 100 mg.
- a breath sample of the individual to be examined is collected ("zero sample") in order to measure the current natural 13 C base value of the exhaled carbon dioxide.
- the base value is based on the so-called PDB -Related standard value, which is 1.1112328 atom% 13 C.
- the prepared air-hexadecanol mixture is completely inhaled using the arrangement according to the invention in FIG. 3.
- the exhalation air of 50 exhalations each is collected with the arrangement according to the invention.
- the exhaled [1- 13 C] hexadecanol and the carbon dioxide are separated by fractional freezing.
- the amount and the 13 C content of the two substances are determined.
- the 13 C value of the carbon dioxide in the exhaled air now differs characteristically from that of the blank sample: the value is increased the more (eg from 1.11127 to 1, 2467 ...
- Example 1 The apparatus is used as in Example 1.
- a cold air provocation is carried out by using a known air cooling device RHES from Jäger, Wuerzburg, which can be connected upstream of valve 3 in the arrangement according to the invention.
- RHES air cooling device
- 20 minutes after the cold air provocation the steps of admixing, inhaling, exhaling and measuring explained in Example 1 are repeated in the same way.
- the 13 C-carbon dioxide values measured after the cold air provocation are compared to the measured values before the provocation.
- An intra-individually calibrated and thus inter-individually comparable measure is obtained for the sensitivity of the bronchial surface.
- a 15 N solution dissolved in physiological saline are labeled amino acid, preferably L- [guanino-N 2 ] arginine, admixed.
- This commercially available 15 N-labeled arginine contains, for example, 95 atomic% 15 N in the guanino group.
- the contents of the cold traps and the adsorber sections are fed to the GC-MS analysis.
- the substances frozen out together with the exhalation moisture and the adsorbed substances are specifically examined for the gaseous metabolites of [ 15 N 2 ] arginine, ie for [ 15 N] ammonia and 15 N-labeled nitrous gases. If practically no 15 N-labeled ammonia or nitrogen oxide was found, the metabolic activity of the bronchial epithelium was normal, ie relatively low. In contrast, the metabolic activity is greatly increased in the stress or inflammation state.
- Example 3 After the one-hour collection of exhalation condensate and ls N-labeled gases, a cold air provocation takes place in a manner known per se as in Example 2. This allows the sensitivity of the bronchial epithelium to a cold air provocation to be measured biochemically for the first time - noninvasively and in vivo in the form of a reduced one or increased amino acid metabolism.
- the severity of the inflammation can also be determined from the ratio of the 15 N amounts of the exhaled gases from the inhaled arginine before and after the cold air provocation.
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Untersuchung von Atemwegserkrankungen und diagnostische Device for the investigation of respiratory diseases and diagnostic
Mittelmedium
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die in Verbindung mit einem üblichen Analysensystem zur Diagnose der Stoffwechselleistungen der Atemwegsorgane angewendet werden kann. Mit der Vorrichtung können geeignete Diagnostika in definierten Mengen der Einatmungsluft zudosiert werden und nach einer bestimmten Zeitspanne in der Ausatmungsluft vorhandene Metaboliten des Diagnostikums und/oder das noch vorhandene Diagnostiku selbst aufgefangen werden. Mit üblichen Analysensystemen (z. B. mittels Massenspek- trometrie, Gaschromatographie, GC-MS-MS, HPLC-MS, Isotopenanalyse) werden diese ausgeatmeten und aufgefangenen Stoffe identifiziert und mengenmäßig bestimmt, wodurch Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand der Atemwegsorgane möglich sind.The invention relates to a device that can be used in conjunction with a conventional analysis system for diagnosing the metabolic performance of the respiratory organs. With the device, suitable diagnostic agents can be added to the inhaled air in defined amounts and after a certain period of time existing metabolites of the diagnostic agent and / or the still existing diagnostic agent itself can be collected in the exhaled air. With conventional analysis systems (eg using mass spectrometry, gas chromatography, GC-MS-MS, HPLC-MS, isotope analysis), these exhaled and collected substances are identified and quantified, which enables conclusions to be drawn about the state of health of the respiratory organs.
Gegenstand der Erfindung sind auch diagnostische Mittel, die zur Bestimmung der StoffWechselleistung des Atemwegsepithels eingesetzt werden können, besonders vorteilhaft auch in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur chemisch-analytischen Bestimmung der StoffWechselleistung des Bronchienepithels. Aus dem Stand der Technik ist es seit langem bekannt, flüchtige Substanzen aus der Ausatmungsluft zu sammeln, indem die Luft über einen Sorbenten geleitet und die Substanzen adsorbiert und bestimmt werden. In der Mitte der 70-iger Jahre wurde als hierzu besonders geeigneter Sorbent das sogenannte Tenax, ein auf 2 , 6-Diphenyl-p- phenylenoxid basierendes Polymer, entwickelt (Krotoszynski et al . , J. Chromatogr. Sei. 15., 239-244, 1977; Krotoszynski et al . , J. Analyt . Toxicol . 2, 225- 234, 1979) .The invention also relates to diagnostic agents which can be used to determine the metabolic rate of the airway epithelium, particularly advantageously also in connection with the device according to the invention, and a corresponding method for chemical-analytical determination of the metabolic rate of the bronchial epithelium. It has long been known from the prior art to collect volatile substances from the exhaled air by passing the air over a sorbent and adsorbing and determining the substances. In the mid-1970s, the so-called tenax, a polymer based on 2,6-diphenyl-p-phenylene oxide, was developed as a particularly suitable sorbent (Krotoszynski et al., J. Chromatogr. Sei. 15., 239- 244, 1977; Krotoszynski et al., J. Analyt. Toxicol. 2, 225-234, 1979).
Neuere Studien von allace et al . , Environmental Health Perspectives, Vol. 104, Supplement 5, S. 861-869, 1996 beschäftigen sich mit der Nützlichkeit der Atemanalyse bei der Bestimmung flüchtiger organischer Substanzen in der Atemluft, nachdem die Probanden bestimmtenRecent studies by allace et al. , Environmental Health Perspectives, Vol. 104, Supplement 5, pp. 861-869, 1996 deal with the usefulness of breath analysis in the determination of volatile organic substances in the air after the test persons determined
Chemikalien in ihrer Umwelt ausgesetzt warenChemicals in their environment were exposed
(Autoabgase, Tankstellen, Schwimmbäder, Belastung durch Benzol und Styrol beim aktiven Rauchen) .(Car exhaust, petrol stations, swimming pools, exposure to benzene and styrene during active smoking).
Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Sammeln der flüchtigen und auch der nicht-flüchtigen Substanzen aus der Atemluft bekannt geworden. So beschreibt die WO 91/05255 AI ein Verfahren, bei dem nicht-flüchtige Biopolymere, wie z. B. Proteine aus der broncho-alveolären Grenzflüssigkeit, in der Atemluft nachgewiesen werden. Hierzu werden von einem Probanden Atemstöße auf ein auf -196°C gekühltes, 1 cm2 großes Probenträgerplättchen aufgehaucht . Die Probe wird dann auf dem Cryotisch durch Anlegen eines Ultrahochvakuumε gefriergetrocknet und anschließend analysiert.Various methods and devices for collecting the volatile and also the non-volatile substances from the breathing air have become known. For example, WO 91/05255 AI describes a method in which non-volatile biopolymers, such as. B. Proteins from the broncho-alveolar boundary fluid, can be detected in the breathing air. For this purpose, breaths are breathed by a test person onto a 1 cm 2 sample carrier plate cooled to -196 ° C. The sample is then freeze-dried on the cryotable by applying an ultra high vacuum and then analyzed.
DE 195 05 504 AI beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat . Hier durchströmt die Ausatemluft ein Probensammeiröhr und wird in diesem auf eine Minustemperatur unter 0°C abgekühlt, wobei die flüssigen und lösbaren Bestand¬ teile auskondensieren und an der, eine niedrigere Temperatur als das Atemkondensat aufweisenden, Innenwand des Probensammelrohres anfrieren. Günther Becher et al . beschreiben in AppliedDE 195 05 504 AI describes a method and a device for collecting exhaled breath condensate. Here, the exhaled air flows through a Probensammeiröhr and is cooled therein to a minus temperature below 0 ° C, wherein the liquid and the detachable component ¬ parts condense and having at a lower temperature than the breath condensate, freeze inner wall of the sample collection tube. Günther Becher et al. describe in Applied
Cardiopulmonary Pathophysiology 5, S. 215-219, 1995 die Bestimmung von Leukotrien B4(LTB4) im Atemkondensat, einem Mediator, der im Fall einer Entzündung der Mucosa von den inflammatorischen Zellen in die Atemwege abgegeben wird. Es wird gezeigt, daß die Menge des ausgeatmeten LTB4 mit dem klinischen Stadium desCardiopulmonary Pathophysiology 5, pp. 215-219, 1995 the determination of leukotriene B 4 (LTB 4 ) in the breathing condensate, a mediator that is released from the inflammatory cells into the airways in the event of inflammation of the mucosa. It is shown that the amount of exhaled LTB 4 with the clinical stage of
Bronchialasthmas korreliert. Die Schrift kommt zum Schluß, daß die Sammlung des Atemkondensats und dessen biochemische Analyse zur Diagnose entzündlicher Luftwegserkrankungen gut geeignet ist.Bronchial asthma correlated. The document concludes that the collection of the breath condensate and its biochemical analysis are well suited for the diagnosis of inflammatory airway diseases.
Die LTB4 -Bestimmung ist die zur Zeit direkteste Methode, weil sie auf der Messung einer biochemischen endogenen Komponente beruht . Bei dieser Methode besteht jedoch keine Möglichkeit für eine echte Quantifizierung des Krankheitsstadiums durch eine standardisierbareThe LTB4 determination is currently the most direct method because it is based on the measurement of a biochemical endogenous component. With this method, however, there is no possibility for a true quantification of the stage of the disease using a standardized one
Bezugsgröße. Zum anderen ist eine praktische Anwendung in der Routinediagnostik durch die Notwendigkeit derReference quantity. On the other hand, a practical application in routine diagnostics is due to the need for
Anreicherung und Messung sehr geringer Stoffmengen begrenzt, Mengen deren intra- und interindividuelleEnrichment and measurement of very small quantities of substances limited, quantities of their intra- and inter-individual
Schwankungen im Normalbereich größer sein können als z.B. der Einfluß eines Bronchialasthmas.Fluctuations in the normal range can be greater than e.g. the influence of bronchial asthma.
Das Problem besteht auch darin, daß von den in der Ausatmungsluft vorkommenden Mediatoren wie z. B. Proteinen, Peptiden, Aminosäuren und Phospholipiden in der Mehrzahl noch nicht bekannt ist, wie sie mit dem Krankheitsstadium der Luftwege oder der Lunge korrelieren, so daß eine Diagnose auf dieser Basis noch nicht möglich ist. Auch in WO 91/05255, die ein Verfahren zur Diagnose des Gesundheitszustandes der Lunge und der Atemwege beansprucht, wird lediglich gezeigt, daß nicht-flüchtige Biopolymere in der menschlichen Atemluft analysiert werden können. Welche Rückschlüsse für den Gesundheitszustand der Atemwege und insbesondere für die Stoffwechselleistung des Atemwegsepithels daraus gezogen werden können, geht aus der WO 91/05255 nicht hervor.The problem is also that of the mediators occurring in the exhaled air such. B. proteins, peptides, amino acids and phospholipids in the majority is not yet known, as with the disease stage of the airways or lungs correlate so that a diagnosis on this basis is not yet possible. Also in WO 91/05255, which claims a method for diagnosing the state of health of the lungs and the respiratory tract, it is only shown that non-volatile biopolymers can be analyzed in the human breathing air. WO 91/05255 does not show which conclusions can be drawn for the state of health of the respiratory tract and in particular for the metabolic performance of the respiratory epithelium.
Allen bisherigen Lösungen mangelt es daran, daß sie es nicht vermögen, den physiologisch-chemischen Zustand und die metabolische Kapazität des Bronchienepithels über die Atmungsluft zuverlässig zu charakterisieren.All previous solutions lack the fact that they are unable to reliably characterize the physiological-chemical state and the metabolic capacity of the bronchial epithelium via the breathing air.
Aufgabe der Erfindung war es deshalb, eine Methode zu entwickeln, um den Gesundheitszustand der Atemwege und insbesondere die Stoffwechselaktivität der Zellen der Atemwegsgrenzfläche sowie den Oberflächenzustand der Bronchialschleimhaut reproduzierbar, zuverlässig, standardisiert und unmittelbar auf chemischanalytischem Wege zu bestimmen, und eine einfache Vorrichtung dafür bereitzustellen.The object of the invention was therefore to develop a method for determining the state of health of the respiratory tract and in particular the metabolic activity of the cells of the airway interface as well as the surface condition of the bronchial mucosa in a reproducible, reliable, standardized and direct manner by chemical analysis, and to provide a simple device therefor.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung bereitgestellt, mittels der während der Einatmung eine kleine, genau definierte Menge eines geeigneten Diagnostikums inhaliert wird und während der Ausatmung die zurückflutende Menge dieses Mittels und/oder die seiner Metaboliten durch sukzessive definierte Kühlung und Adsorption aufgefangen und genau bestimmt wird.According to the invention, a device is provided by means of which a small, precisely defined amount of a suitable diagnostic agent is inhaled during inhalation, and the amount of this agent and / or its metabolites that flows back in during the exhalation is collected and precisely determined by successively defined cooling and adsorption.
Das Diagnosemittel wird vom Bronchienepithel zu einem bestimmten Anteil resorbiert und gegebenenfalls durch eine biochemische Reaktion in definierte Folgeprodukte umgewandelt (metabolisiert) . Das Ausmaß der Resorption und der Umwandlung ist vom Gesundheitszustand des Epithelgewebes und damit auch von dessen derzeitiger StoffWechselleistung abhängig. Der Zustand des Epithels kann somit auf direktem biochemischen Wege bestimmt werden, indem der auf die inhallierte Menge bezogene Anteil des ausgeatmeten Diagnostikums und/oder der entsprechende Anteil seines definierten Metaboliten gemessen wird.A certain proportion of the diagnostic agent is absorbed by the bronchial epithelium and, if necessary, by a biochemical reaction is converted into metabolic products. The extent of absorption and conversion depends on the state of health of the epithelial tissue and thus also on its current metabolic rate. The state of the epithelium can thus be determined in a direct biochemical way, by measuring the proportion of the exhaled diagnostic agent and / or the corresponding proportion of its defined metabolite related to the amount inhaled.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gemäß der Ansprüche ausgestaltet . Sie besteht aus einem Strömungskanal 1 mit Mundstück 2 am vorderen Ende, einem Einlaßventil 3, einer Inhalations- oder Injektionseinheit für das Diagnostikum 4, einer Kühlfalle für das Abscheiden der in der Ausatmungsluft vorhandenen löslichen Substanzen 5, die in einem Winkel zum Strömungskanal 1 angeordnet ist, und einem nach der Kühlfalle 5 am Ende des Strömungskanals 1 angeordneten Adsorptionsgefäß 6.The device according to the invention is designed according to the claims. It consists of a flow channel 1 with a mouthpiece 2 at the front end, an inlet valve 3, an inhalation or injection unit for the diagnostic 4, a cold trap for separating the soluble substances 5 present in the exhaled air, which is arranged at an angle to the flow channel 1 , and an adsorption vessel 6 arranged after the cold trap 5 at the end of the flow channel 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Längsachse der Kühlfalle in einem Winkel von ca. 45° zum Strömungskanal angeordnet, wodurch ein annähernd gleichmäßiges Durchströmen der Kühlfalle erreicht wird.In a preferred embodiment of the invention, the longitudinal axis of the cold trap is arranged at an angle of approximately 45 ° to the flow channel, as a result of which an approximately uniform flow through the cold trap is achieved.
Die Inhalations- oder Injektionseinheit zur Zudosierung des Diagnostikums zur Einatmungsluft 4 kann auf unterschiedliche Weise, aber mit an sich bekannten Geräten oder Geräteteilen ausgestaltet sein. So kann die Zudosierung z.B. mit einer Dosierpumpe oder Kolbenspritze erfolgen oder durch einfaches Ansaugen des Diagnostikums in einer entsprechenden Verdünnung (vgl. Abb. 1). Auch eine vorherige Vernebelung oder Zerstäubung des Diagnostikums ist möglich. Bevorzugt kann z.B. eine PC-gsteuerte Aerosolherstellung unter Verwendung eines Druckluft-, Düsen- oder Ultraschall- verneblers oder Zentrifugalzerstäubers zum Einsatz kommen (vgl. Abb. 2). In diesen Fällen wird über das Einlaßventil 3 die Frischluft angesaugt . Es stellt für den Fachmann jedoch kein Problem dar, auch andere geeignete Inhalations- oder Injektionseinheiten bereitzustellen. So kann z.B. auch in einem Reservoirbeutel ein vorbereitetes Luft-Diagnostikum- Gemisch bereitgestellt und über das Einlaßventil 3 eingeatmet oder zudosiert werden (vgl. Abb. 3) .The inhalation or injection unit for metering the diagnostic agent into the inhalation air 4 can be designed in different ways, but with devices or device parts known per se. For example, the metering can be carried out with a metering pump or piston syringe or by simply sucking in the diagnostic agent in an appropriate dilution (see Fig. 1). A prior nebulization or atomization of the diagnostic agent is also possible. For example, PC-controlled aerosol production using a compressed air, nozzle or ultrasonic nebulizer or centrifugal atomizer can preferably be used (see Fig. 2). In these cases, the fresh air is drawn in via the inlet valve 3. However, it is not a problem for the person skilled in the art to also provide other suitable inhalation or injection units. For example, a prepared air-diagnostic mixture can also be provided in a reservoir bag and inhaled or metered in via the inlet valve 3 (see Fig. 3).
Gemäß der Vorrichtung der Erfindung durchströmt die zu analysierende Ausatmungsluft zum Sammeln der in ihr vorhandenen Metaboliten des Diagnostikums und/oder des noch vorhandenen Diagnostikums selbst zunächst die Kühlfalle 5, in der das in der Ausatmungsluft vorhandene Wasser zusammen mit den vorhandenen nicht gasförmigen Substanzen auskondensiert wird. Die Kühlfalle 5 kann z.B., um eine optimale Kühlleistung zu erreichen, eine Umkehrkühlfalle, wie in Abb. 5 dargestellt, sein. Aber auch jede andere Ausgestaltung ist möglich, wichtig ist lediglich, daß der zur Kühlleisung einstellbare Temperaturbereich von mindestens -5°C bis -25°C reicht. Dies kann auf sehr einfache Weise durch ein Kühlmantelrohr erreicht werden, durch welches Wasser mit einem Kühlmittelzusatzt geleitet wird. Bei Einsatz einer Umkehrkühlfalle gemäß Abb. 5 kann diese an ein Kühlaggregat angeschlossen werden. Die Kühlfalle 5 kann aus der Vorrichtung herausnehmbar angeordnet sein, so daß das Atemkondensat in gefrorenem Zustand gesammelt werden kann. Es ist aber auch möglich, bei einer computergesteuerten Ausgestaltung der Vorrichtung die Kühlfalle 5 nach Abschluß des Sammeins des Exhalates zu erwärmen und das die zu bestimmenden Substanzen enthaltende Wasser direkt in die Analyseeinheit 12 abzusaugen (vgl. Abb. 4). Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung auch mehrere hintereinandergeschaltete Kühlfallen enthalten.According to the device of the invention, the exhaled air to be analyzed first flows through the cold trap 5 to collect the metabolites of the diagnostic agent and / or the diagnostic agent still present, in which the water present in the exhaled air is condensed out together with the non-gaseous substances present. The cold trap 5 can, for example, in order to achieve optimal cooling performance, be a reversible cold trap, as shown in FIG. 5. But any other configuration is also possible, the only important thing is that the temperature range that can be set for cooling performance ranges from at least -5 ° C. to -25 ° C. This can be achieved in a very simple manner by means of a cooling jacket tube through which water is passed with a coolant additive. When using a reversible cold trap as shown in Fig. 5, this can be connected to a cooling unit. The cold trap 5 can be arranged so that it can be removed from the device, so that the breath condensate can be collected in the frozen state. But it is also possible with one Computer-controlled design of the device to heat the cold trap 5 after completion of the collection of the exhalate and to suck off the water containing the substances to be determined directly into the analysis unit 12 (see FIG. 4). According to the invention, the device can also contain a plurality of cold traps connected in series.
Nach der Kühlfalle 5 passieren die gasförmigen Bestandteile und verbleibenden Reste des Exhalats ein Adsorptionsgefäß 6. Das Adsorptionsgefäß 6 enthält einen zum Sammeln von flüchtigen Substanzen in der Ausatmungsluft üblichen Sorbenten, z.B. ein organisches Polymer oder Aktivkohle. Grundsätzlich schlägt sich das Atemkondensat jedoch an der Innenwand der Kühlfalle 5 nieder.After the cold trap 5, the gaseous constituents and remaining residues of the exhalate pass through an adsorption vessel 6. The adsorption vessel 6 contains a sorbent which is customary for collecting volatile substances in the exhaled air, e.g. an organic polymer or activated carbon. Basically, however, the breath condensate is deposited on the inner wall of the cold trap 5.
Wie für den Fachmann unschwer zu erkennen ist, kann die Vorrichtung in zwei verschiedenen Weisen betrieben werden, entweder mittels mechanischer Ventile oder durch eine computergesteuerte VentilSchaltung. Die passive Strömungssteuerung mittels eines mechanischen Ventils 3 ermöglicht eine rein mechanische Trennung des inspiratorischen und exspiratorischen Strömungsweges. Das leichtgängige Ventil 3 öffnet sich schon bei dem geringsten Unterdruck (Inspiration) innerhalb des Mundstückes, so daß das inspirerte Volumen immer über diesen Einlaß zuströmt. Sobald der Unterdruck abklingt oder es zu einem Überdruck am Mundstück kommt (Atemstillεtand bzw. Ausatmungsluft) , verschließt sich das Ventil selbständig. Die Kühl- und Adsorptions- strecke zeichnet sich durch einen systemeigenen Widerstand aus, der ein Zuströmen während der Inspiration ausschließt. Bei geringen Strömungs- differenzen (z. B. bei Messungen an Kindern) wird ein zusätzliches passives Expirationsventil eingesetzt. Bei der Ausatmung gibt es für die Ausatemluft nur den Strömungsweg über die Kühl- und Adsorptionsstrecke.As can be easily recognized by a person skilled in the art, the device can be operated in two different ways, either by means of mechanical valves or by means of a computer-controlled valve circuit. The passive flow control by means of a mechanical valve 3 enables a purely mechanical separation of the inspiratory and expiratory flow path. The smooth-running valve 3 opens at the slightest negative pressure (inspiration) within the mouthpiece, so that the inspired volume always flows through this inlet. As soon as the negative pressure subsides or there is an excess pressure at the mouthpiece (respiratory arrest or exhaled air), the valve closes automatically. The cooling and adsorption section is characterized by its own resistance, which prevents it from flowing in during inspiration. If there are small flow differences (eg measurements on children), a additional passive expiration valve used. When exhaling, there is only the flow path for the exhaled air via the cooling and adsorption section.
Alternativ zu der passiven Variante gibt es bei Verwendung von PC- gesteuerten Ventilen die Möglichkeit, exspirationsvolumen- und/oder Strömungsgeschwindigkeitsabhängig die Öffnung der Kühl- und Adsorptionsstrecke zu realisieren.As an alternative to the passive variant, when using PC-controlled valves there is the possibility of opening the cooling and adsorption section depending on the expiratory volume and / or flow speed.
Das gesammelte Atemkondensat kann also direkt, d.h. online, durch Absaugung der ausgefrorenen und wieder aufgetauten Substanzen der Analyseneinheit 12, z. B. einer üblichen Kombination aus Chromatograph und Massenspektrometer, zugeführt werden. Bei einer herausnehmbar gestalteten Kühlfalle 5 wird das Atemkondensat manuell durch Auftauen von der Innenwand der Kühlfalle gelöst und der Analyse zugeführt oder bis zur Messung im tiefgefrorenen Zustand auf ewahrt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Patient zwischen zwei Untersuchungen einer in der Diagnose von Atemwegserkrankungen bekannten Kaltluftprovokation unterworfen, wodurch eine Differenzmessung für Art und Menge der ausgeatmeten chemischen Substanzen vor und nach einer Schleimhautreizung stattfinden kann. Zur Kaltluftprovokation wird vorzugsweise eine an sich bekannte Luftkühlungsvorrichtung dem Einlaßventil 3 vorgeschaltet, z.B. das Kaltluftprovokationsgerät RHES der Fa. Jäger, Würzburg. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese Luftkühlungsvorrichtung auch zur Kühlung des Innenrohres der Kühlfalle 5 eingesetzt werden. Durch diese Differenzmessung wird eine wesentliche Erhöhung der Zuverlässigkeit der Analysenergebnisse erreicht. Die erfindungsgemäße Analyse des im Exhalat noch vorhandenen Diagnostikums oder dessen Metaboliten erfolgt mit üblichen Analysemethoden in Abhängigkeit vom eingesetzten Diagnostikum, vorzugsweise durch massenspektrometrische und chromatographische Untersuchungen.The collected breath condensate can thus directly, ie online, by suctioning out the frozen and thawed substances of the analysis unit 12, e.g. B. a conventional combination of chromatograph and mass spectrometer, are supplied. In the case of a removable cold trap 5, the breathing condensate is manually released from the inner wall of the cold trap by thawing and fed to the analysis or kept in the frozen state until measurement. In a particularly preferred embodiment of the invention, the patient is subjected to a cold air provocation known in the diagnosis of respiratory diseases between two examinations, as a result of which a difference measurement for the type and amount of exhaled chemical substances can take place before and after irritation of the mucous membrane. For cold air provocation, a known air cooling device is preferably connected upstream of inlet valve 3, for example the RHES cold air provocation device from Jäger, Wuerzburg. In the device according to the invention, this air cooling device can also be used for cooling the inner tube of the cold trap 5. This difference measurement significantly increases the reliability of the analysis results. The analysis according to the invention of the diagnostic agent still present in the exhalate or its metabolites is carried out using customary analysis methods, depending on the diagnostic agent used, preferably by mass spectrometric and chromatographic examinations.
Um eine gute Verträglichkeit des Diagnostikums zu gewährleisten, werden dafür bevorzugt Zubereitugen mit körpereigenen und körperverwandten Stoffen eingesetzt, vorzugsweise z.B. Aminosäuren oder höhere Alkohole in großer Verdünnung, wie sie in den Ansprüchen näher gekennzeichnet sind. Diese Verbindungen haben sich als geeignete Diagnostika für das vorliegende Untersuchungsverfahren erwiesen.To ensure that the diagnostic agent is well tolerated, preparations containing the body's own and related substances are preferably used, preferably e.g. Amino acids or higher alcohols in high dilution, as characterized in the claims. These compounds have proven to be suitable diagnostics for the present test method.
Um eine hohe Spezifität der Diagnose zu gewährleisten und die Sensitivität der Bestimmung zu optimieren, werden diese Stoffe in einer Stabilisotop (d.h. : nichtradioaktiv) markierten Form verabreicht . Nur auf diese Weise kann das wieder ausgeatmete Diagnostikum oder sein spezifisches Umwandlungsprodukt als Teil des eingeatmeten Diagnosemittels identifiziert werden.In order to ensure a high specificity of the diagnosis and to optimize the sensitivity of the determination, these substances are administered in a stable isotope (i.e.: non-radioactive) labeled form. This is the only way to identify the exhaled diagnostic agent or its specific conversion product as part of the inhaled diagnostic agent.
Somit ist der in einer bestimmten Zeit wiedergefundeneThus, it is found in a certain time
Anteil des Stabilisotop markierten DiagnosemittelsProportion of the stable isotope labeled diagnostic agent
(oder seines definierten Folgeprodukts) ein zuverlässiges Maß für die aktuelle Resorptions- und Stoffwechselleistung des Epithels.(or its defined secondary product) a reliable measure of the current absorption and metabolic performance of the epithelium.
Gegenstand der Erfindung ist auch die neue Verwendung von höheren, pharmazeutisch verträglichen Alkoholen oder Aminosäuren in stabilisotop markierter Form zur Diagnose von Atemwegserkrankungen sowie ein Verfahren zur chemisch-analytischen Bestimmung der Stoffwechselleistung des Bronchienepithels mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Probanden inhalieren Diagnostika, die in den Atemwegsorganen Metabolite bilden können, anschließend wird die Ausatmungsluft gesammelt und die Metaboliten und/oder die verbliebene Menge des Diagnostikums werden bestimmt, nachdem sie durch Ausfrieren und Adsorption wiedergewonnen wurden.The invention also relates to the new use of higher, pharmaceutically acceptable alcohols or amino acids in a stable isotope-labeled form for the diagnosis of respiratory diseases and a method for the chemical-analytical determination of the metabolic performance of the bronchial epithelium by means of the device according to the invention. Subjects inhale diagnostics that can form metabolites in the respiratory organs, then the exhaled air is collected and the metabolites and / or the remaining amount of the diagnostic agent are determined after they have been recovered by freezing and adsorption.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante inhaliert ein Proband als Diagnostikum einen Stabilisotop markierten höheren, pharmazeutisch verträglichen Alkohol. Nach einer Einwirkdauer von ca. 1 bis 3 Stunden, vorzgsweise 1 bis 2 Stunden, wird die Ausatmungsluft gesammelt und das ausgeatmete Diagnostikum bzw. dessen Metaboliten werden ausgefroren. Anschließend wird die Menge und/oder der Isotop-Gehalt der Substanzen bestimmt und mit dem Isotop-Basiswert in der Atemluftnullprobe des Probanden verglichen.In a preferred embodiment variant, a test subject inhales a stabilized isotope labeled higher, pharmaceutically acceptable alcohol as a diagnostic agent. After an exposure time of approx. 1 to 3 hours, preferably 1 to 2 hours, the exhaled air is collected and the exhaled diagnostic agent or its metabolites are frozen out. The amount and / or the isotope content of the substances is then determined and compared with the isotope base value in the subject's breath sample.
Bevorzugte Diagnostika sind höhere Alkohole mit mindestens 8 C-Atomen vorzugsweise Hexadecanol-1, welches bevorzugt 13C-markiert ist.Preferred diagnostics are higher alcohols with at least 8 carbon atoms, preferably hexadecanol-1, which is preferably 13C-labeled.
in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante werden als Diagnostika Stabilisotop markierte Aminosäuren eingesetzt . Die Ausatmungsluft wird vom ersten Ausatmungsvorgang über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten gesammelt und nach an sich bekannten Methoden gezielt auf gasförmige Metaboliten des Diagnostikums oder N-markierte nitrose Gase analysiert. Bevorzugtes Diagnostikum ist eine 15N-markierte Aminosäure, besonders bevorzugt die Aminosäure L-Arginin. In einer weiteren bevorzugten Variante wird nach der Sammlung der Ausatmungsluft eine Kaltluftprovokation des Probanden durchgeführt und das Diagnostikum noch einmal zum Inhalieren gegeben. Die Bestimmung der Ausatmungsluft wird wiederholt und diese Meßwerte werden zu den Meßwerten vor der Provokation ins Verhältnis gesetzt, wodurch die Empfindlichkeit für die Bronchienoberfläche bestimmt sowie auch der Schweregrad einer Entzündung ermittelt werden kann. In a further preferred embodiment variant, stable isotope-labeled amino acids are used as diagnostic agents. The exhalation air is collected from the first exhalation process over a period of at least 30 minutes and analyzed according to methods known per se for gaseous metabolites of the diagnostic agent or N-labeled nitrous gases. The preferred diagnostic agent is a 15 N-labeled amino acid, particularly preferably the amino acid L-arginine. In a further preferred variant, a cold air provocation of the test person is carried out after the exhalation air has been collected and the diagnostic agent is given again for inhalation. The determination of the exhaled air is repeated and these measured values are related to the measured values before the provocation, whereby the sensitivity to the bronchial surface can be determined and also the severity of inflammation can be determined.
Es zeigen die Abbildungen:The illustrations show:
Abb. 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung mit Frischluftventil 3 und einfacher Inhalationsoder Injektionseinheit 4Fig. 1 Device according to the invention with fresh air valve 3 and simple inhalation or injection unit 4
Abb 2 Erfindungsgemäße Vorrichtung mitFig 2 device according to the invention
Frischluftventil 3 und Aerosolinhalations- oder injektionseinheit 4 Abb. 3 Erfindungsgemäße Vorrichtung mit antistatischem ReservoirbeutelFresh air valve 3 and aerosol inhalation or injection unit 4 Fig. 3 Device according to the invention with an antistatic reservoir bag
Abb. 4 Ausschnit aus der erfindungsgemäßenFig. 4 section from the invention
Vorrichtung mit Absaugevorrichtung 11, Analyseeinheit 12, Kühlfalle 5 und Adsorptionsstrecke 6Device with suction device 11, analysis unit 12, cold trap 5 and adsorption section 6
Abb. 5 Umkehrkühlfalle 5 Fig. 5 Reverse cold trap 5
Ausführungsbeispieleembodiments
Beispiel 1example 1
Zu 5 L Luft in einem geschlossenen Behälter wird mit dem stabilen Isotop 13C markiertes Hexadecanol-1 (mehr als 95 Atom-% 13C in der CH2OH-Gruppe enthaltend) in definierten Mengen zwischen 1 und 100 mg zugemischt. [1-13C] Hexadecanol dient erfindungsgemäß als Diagnostikum für die Messung der Durchlässigkeit des Bron- chienepithels . Vor der Applikation der 13C-Hexadecanol- 1-Zubereitung wird eine Atemluftprobe des zu untersuchenden Individuums aufgefangen („Nullprobe") , um darin den aktuellen natürlichen 13C-Basiswert des ausgeatmeten Kohlendioxids dieser Person zu messen. Der Basiswert wird auf den sogenannten PDB-Standardwert bezogen, der 1,1112328 Atom-% 13C beträgt. Von Individuum zu Individuum weicht dieser Wert ab der 2. Stelle hinter dem Komma vom Standardwert ab, und diese Abweichung kann sehr genau gemessen werden. Dazu dient in an sich bekannter Weise ein Massenspektrometer oder ein spezielles 13C-Atemgasmeßgerät (z.B. das Gerät FANci2 der Fa. Fischer Analysen Instrumente Leipzig) .Hexadecanol-1 labeled with the stable isotope 13 C (containing more than 95 atomic% 13 C in the CH 2 OH group) is added to 5 L of air in a closed container in defined amounts between 1 and 100 mg. [1- 13 C] Hexadecanol used according to the invention as a diagnostic for measuring the permeability of bronchial chienepithels. Before the application of the 13 C-hexadecanol-1 preparation, a breath sample of the individual to be examined is collected ("zero sample") in order to measure the current natural 13 C base value of the exhaled carbon dioxide. The base value is based on the so-called PDB -Related standard value, which is 1.1112328 atom% 13 C. From individual to individual this value deviates from the second value after the decimal point from the standard value, and this deviation can be measured very precisely a mass spectrometer or a special 13 C breathing gas measuring device (e.g. the FANci2 device from Fischer Analyze Leipzig).
Anschließend wird mit 10 Atemzügen das vorbereitete Luft-Hexadecanol-Gemisch mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung der Abb. 3 komplett eingeatmet. Nach 1 und nach 2 Stunden Wartezeit wird die Ausatmungsluft von je 50 Ausatmungen mit der erfindungsgemäßen Anordnung gesammelt. Das wieder ausgeatmete [1-13C] Hexadecanol und das Kohlendioxid wird durch fraktioniertes Ausfrieren separiert . Die Menge und der 13C-Gehalt der beiden Substanzen werden bestimmt. Der 13C-Wert des Kohlendioxids der Ausatmungsluft weicht nun in charakteristischer Weise von dem der Nullprobe ab: Der Wert ist umso stärker erhöht (z.B. von 1,11127 auf 1, 2467...Atom-% 13C) je mehr [1-13C] Hexadecanol das Bronchienepithel durchdrungen hat; denn nur nach dem Überwinden dieser Schranke kann das Hexadecanol in den Blutkreislauf gelangen und in der Leber zu Kohlendioxid abgebaut werden. Die Menge des aus dem [1-13C] Hexadecanol stammenden und im C02 der Ausatmungsluft wiedergefundenen Isotops 13C ist demzufolge ein zuverlässiges Maß für die Durchlässigkeit des Bronchienepithels.Then, with 10 breaths, the prepared air-hexadecanol mixture is completely inhaled using the arrangement according to the invention in FIG. 3. After 1 and after 2 hours of waiting, the exhalation air of 50 exhalations each is collected with the arrangement according to the invention. The exhaled [1- 13 C] hexadecanol and the carbon dioxide are separated by fractional freezing. The amount and the 13 C content of the two substances are determined. The 13 C value of the carbon dioxide in the exhaled air now differs characteristically from that of the blank sample: the value is increased the more (eg from 1.11127 to 1, 2467 ... atom% 13 C) the more [1- 13 C] hexadecanol has penetrated the bronchial epithelium; Because only after crossing this barrier can the hexadecanol get into the bloodstream and be broken down into carbon dioxide in the liver. The amount of the isotope 13 C originating from the [1- 13 C] hexadecanol and found in the C0 2 of the exhaled air is consequently a reliable measure of the permeability of the bronchial epithelium.
Beispiel 2Example 2
Die Apparatur wird wie im Beispiel 1 genutzt . Zusätzlich wird aber nach der Sammlung der Ausatmungsluft eine Kaltluftprovokation durchgeführt, indem eine in der erfindungsgemäßen Anordnung dem Ventil 3 vorschaltbare an sich bekannte Luftkühlungsvorrichtung RHES der Fa. Jäger, Würzburg genutzt wird. 20 Minuten nach der Kaltluftprovokation werden die im Beispiel 1 erläuterten Schritte des Zumischens, Einatmens, Ausatmens und Messens noch einmal in derselben Weise wiederholt. Die nach der Kaltluftprovokation gemessenen 13C-Kohlendioxidwerte werden zu den Meßwerten vor der Provokation ins Verhältnis gesetzt . Dadurch wird für die Empfindlichkeit der Bronchienoberfläche eine intraindividuell geeichte und somit interindividuell vergleichbare Maßzahl erhalten.The apparatus is used as in Example 1. In addition, however, after the exhalation air has been collected, a cold air provocation is carried out by using a known air cooling device RHES from Jäger, Wuerzburg, which can be connected upstream of valve 3 in the arrangement according to the invention. 20 minutes after the cold air provocation, the steps of admixing, inhaling, exhaling and measuring explained in Example 1 are repeated in the same way. The 13 C-carbon dioxide values measured after the cold air provocation are compared to the measured values before the provocation. An intra-individually calibrated and thus inter-individually comparable measure is obtained for the sensitivity of the bronchial surface.
Beispiel 3Example 3
Dem Vorratsluftbehälter werden zwischen 1 und 100 mg einer in physiologischer Kochsalzlösung gelösten 15N- markierten Aminosäure, vorzugsweise L- [guanino- N2] Arginin, zugemischt. Dieses handelsübliche 15N- markierte Arginin enthält z.B. 95 Atom-% 15N in der Guaninogruppe . Mit bis zu 20 Atemzügen wird das vorbereitete Luft-Aerosol-Gemisch mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Abb. 3 komplett eingeatmet, wobei die Ausatmungsluft erfindungsgemäß über das Ventil 8 vom ersten Ausatmungsvorgang an über die Kühlfallen- und Adsoberstrecke geführt wird, und zwar über eine Gesamtzeit von 60 Minuten, wobei nach 30 Minuten die Kühlfalle und der Adsorber gewechselt werden. Nach dieser Zeit wird der Inhalt der Kühlfallen und der Adsorberstrecken der GC-MS-Analyse zugeführt. Die mit der Ausatmungsfeuchtigkeit zusammen ausgefrorenen Substanzen und die adsorbierten Substanzen werden gezielt auf die gasförmigen Metaboliten des [15N2] Arginins, d.h., auf [15N] Ammoniak und 15N-markierte nitrose Gase untersucht . Wird praktisch kein 15N-markiertes Ammoniak oder Stickstoffoxid gefunden, so war die Stoffwechselaktivität des Bronchienepithels normal, d.h. relativ gering. Im Streß - bzw. Entzüngungszustand hingegen ist die Stoffwechselaktivität stark erhöht. Dies äußert sich in einer vergleichsweise großen Menge an 1BN-markierten gasförmigen Substanzen im Ausatmungskondensat, die nur von dem 15N-markierten Arginin stammen können. Die Menge des im Kondensat wiedergefundenen Isotops 15N ist demzufolge ein zuverlässiges Maß für die Stoffwechselaktivität und für den Entzündungsgrad des Bronchienepithels. Zusätzlich kann auch der Urin auf 15N-haltige Metaboliten untersucht werden. Beispiel 4Between 1 and 100 mg of a 15 N solution dissolved in physiological saline are labeled amino acid, preferably L- [guanino-N 2 ] arginine, admixed. This commercially available 15 N-labeled arginine contains, for example, 95 atomic% 15 N in the guanino group. With up to 20 breaths, the prepared air-aerosol mixture with the arrangement according to the invention shown in FIG. 3 is inhaled completely, the exhalation air being guided according to the invention via valve 8 from the first exhalation process over the cold trap and upper adsorbent section, for a total time of 60 minutes, with the cold trap and the adsorber being changed after 30 minutes. After this time, the contents of the cold traps and the adsorber sections are fed to the GC-MS analysis. The substances frozen out together with the exhalation moisture and the adsorbed substances are specifically examined for the gaseous metabolites of [ 15 N 2 ] arginine, ie for [ 15 N] ammonia and 15 N-labeled nitrous gases. If practically no 15 N-labeled ammonia or nitrogen oxide was found, the metabolic activity of the bronchial epithelium was normal, ie relatively low. In contrast, the metabolic activity is greatly increased in the stress or inflammation state. This manifests itself in a comparatively large amount of 1B N-labeled gaseous substances in the exhalation condensate, which can only come from the 15 N-labeled arginine. The amount of 15 N isotope found in the condensate is therefore a reliable measure of the metabolic activity and the degree of inflammation of the bronchial epithelium. In addition, the urine can also be examined for 15 N-containing metabolites. Example 4
Die Apparatur wird wie im Beispiel 3 genutzt. Nach Beendigung der einstündigen Sammlung von Ausatmungskondensat und lsN-markierten Gasen erfolgt eine Kaltluftprovokation in an sich bekannter Weise wie in Beispiel 2. Dadurch kann man die Empfindlichkeit des Bronchienepithels gegenüber einer Kaltluftprovokation erstmals biochemisch messen - und zwar nichtinvasiv und in vivo in Form eines reduzierten oder erhöhten Aminosäure-Metabolismus. Aus dem Verhältnis der 15N- Mengen der ausgeatmeten Gase aus dem eingeatmeten Arginin vor und nach der Kaltluftprovokation kann auch der Schweregrad der Entzündung ermittelt werden. The apparatus is used as in Example 3. After the one-hour collection of exhalation condensate and ls N-labeled gases, a cold air provocation takes place in a manner known per se as in Example 2. This allows the sensitivity of the bronchial epithelium to a cold air provocation to be measured biochemically for the first time - noninvasively and in vivo in the form of a reduced one or increased amino acid metabolism. The severity of the inflammation can also be determined from the ratio of the 15 N amounts of the exhaled gases from the inhaled arginine before and after the cold air provocation.
BezugszeichenlisteReference list
Abb. 1Fig. 1
1 Strömungskanal1 flow channel
2 Mundstück2 mouthpiece
3 Einlaßventil für3 inlet valve for
FrischluftFresh air
4 Inhalations- oder Injektionseinheit4 inhalation or injection unit
4a Zuleitung4a supply line
4b Gefäß für Diagnostikum4b Vessel for diagnostics
4c Ventil4c valve
5 Kühlfalle5 cold trap
6 Absorptionsgefäß6 absorption vessel
7 Strömungsmesser7 flow meter
8 Ventil8 valve
10 ComputerSteuerung10 Computer control
Abb. 2Fig. 2
1 Strömungskanal1 flow channel
2 Mundstück2 mouthpiece
3 Einlaßventil für Frischluft3 inlet valve for fresh air
4 Inhalations- oder Injektionseinheit4 inhalation or injection unit
4a Zuleitung4a supply line
4b Gefäß für Diagnostikum4b Vessel for diagnostics
4c Ventil4c valve
4d Vernebelungsvorrichtung für das Diagnostikum4d nebulizer for the diagnostic
5 Kühlfalle5 cold trap
6 Absorptionsgefäß6 absorption vessel
7 Strömungsmesser7 flow meter
8 Ventil8 valve
10 Computersteuerung10 computer control
11 Absaugevorrichtung11 suction device
12 Analyseneinheit Abb . 312 analysis unit Fig. 3
1 Strömungskanal1 flow channel
2 Mundstück 3 Einlaßventil für Luft-Diagnostikum-Gemisch2 mouthpiece 3 inlet valve for air-diagnostic mixture
4 Reservoirbeutel mit Luft-Diagnostikum-Gemisch4 reservoir bags with air-diagnostic mixture
5 Kühlfalle5 cold trap
6 Absorptionsgefäß6 absorption vessel
7 Strömungsmesser 8 Ventil7 flow meter 8 valve
10 Computersteuerung10 computer control
11 Absaugevorrichtung11 suction device
12 Analyseneinheit12 analysis unit
Abb. 4Fig. 4
1 Strömungskanal1 flow channel
5 Kühlfalle5 cold trap
6 Absorptionsgefäß 11 Absaugevorrichtung6 absorption vessel 11 suction device
12 Analyseneinheit12 analysis unit
Abb.Fig.
l Strömungskanall flow channel
5 Kühlfalle5 cold trap
13 Innenrohr13 inner tube
14 Außenkörper mit Kühlrippen 14 outer body with cooling fins
Claims
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
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